Classificazione delle aree classificate per topside offshore: pratica per gruppi di gas, classi di temperatura ed estensione delle zone

Il problema: disegni di classificazione che non corrispondono più al ponte

La maggior parte dei disegni delle aree classificate offshore è accurata il giorno in cui viene emessa. Poi un modulo riceve una nuova parete frangivento, uno skid di carico viene posizionato accanto a un separatore, viene aggiunta una sala batterie o viene ritarata una serranda di ventilazione. I confini delle zone sul disegno rimangono dove erano, ma il modello reale di dispersione del gas è cambiato. Gli ispettori Ex trovano apparecchiature che corrispondono al disegno ma non al pericolo. Gli ingegneri della sicurezza di processo trovano un'etichetta Zone 2 in un punto in cui una piccola emissione non può più disperdersi.

Le conseguenze sono pratiche. O un'apparecchiatura in grado di innescare si trova in una posizione che ora è Zone 1, o un ponte che non ha mai avuto bisogno di pesanti apparecchiature Ex le riceve comunque. Entrambi i casi sono costosi. Questo articolo illustra come le sorgenti di emissione, la ventilazione e i gradienti di ventilazione determinano l'estensione delle zone sui tipici ponti di processo offshore e come vengono scelti il gruppo di gas e la classe di temperatura una volta nota la zona.

Contesto normativo e requisiti

Il quadro di riferimento è lo stesso ovunque si lavori, nel Mare del Nord o altrove:

• IEC 60079-10-1 riguarda la classificazione delle aree con atmosfere esplosive per la presenza di gas. Si basa sul grado di emissione, sul grado e sulla disponibilità della ventilazione, e sul tipo ed estensione della zona risultanti.
• IEC 60079-0 stabilisce i requisiti generali per le apparecchiature Ex, inclusa la marcatura per gruppo, classe di temperatura e livello di protezione dell'apparecchiatura.
• IEC 60079-14 riguarda la progettazione, la selezione e l'installazione di impianti elettrici in atmosfere esplosive.
• IEC 60079-17 riguarda l'ispezione e la manutenzione degli impianti elettrici in atmosfere esplosive.
• IEC 60079-20-1 fornisce le caratteristiche dei materiali (gruppo di gas, dati di autoaccensione) per la classificazione di gas e vapori.
• API RP 505 riguarda la classificazione delle località Class I, Zone 0, 1 e 2 presso impianti petroliferi. API RP 500 è l'equivalente per il sistema Division.
• La Direttiva 1999/92/CE affronta la valutazione del rischio di esplosione sul posto di lavoro e la zonizzazione. La Direttiva 2014/34/UE riguarda le apparecchiature immesse sul mercato per atmosfere esplosive.

Nel sistema IEC, il Group IIC (idrogeno, acetilene) è il più esigente e richiede la protezione delle apparecchiature più rigorosa. Nel sistema NEC/API Division, il Group D è il più esigente. Sulle unità offshore con skid di fornitori provenienti da diverse regioni, mescolare i due standard è comune ed è una frequente fonte di errori di selezione.

Come vengono derivate le zone

Sorgente e grado di emissione

La zonizzazione inizia con l'individuazione di ogni sorgente di emissione e la sua classificazione:

• Grado continuo genera un'emissione continua o prevista per lunghi periodi. Questo porta verso la Zone 0.
• Grado primo genera un'emissione prevista periodicamente o occasionalmente durante il normale funzionamento. Questo porta verso la Zone 1.
• Grado secondo genera un'emissione non prevista durante il normale funzionamento e di breve durata in caso di accadimento. Questo porta verso la Zone 2.

La ventilazione modifica quindi questa zona di base. Le tipiche sorgenti offshore includono:

• Terminali di sfiato e drenaggio di processo
• Punti di campionamento e connessioni per bombole di campionamento
• Chiusure di lanciatori e ricevitori di pig
• Sfiati delle tenute dei compressori
• Tenute delle pompe
• Connessioni della tubazione degli strumenti
• Flange e premistoppa delle valvole sulle linee di idrocarburi
• Pozzetti e scarichi aperti

Le flange e i premistoppa sulle linee di idrocarburi pressurizzate sono solitamente di grado primo. Gli sfiati e i punti di campionamento che vengono aperti durante il normale funzionamento sono di grado primo o continuo. I portelli di chiusura e le connessioni occasionali sono di grado secondo.

Grado e disponibilità della ventilazione

IEC 60079-10-1 tratta la ventilazione in due dimensioni. Il grado descrive quanto bene la ventilazione diluisce un'emissione (alto, medio o basso). La disponibilità descrive quanto sia affidabile la sua presenza (buona, discreta o scarsa). Un ponte aperto ventilato naturalmente può offrire un'elevata diluizione, ma la sua disponibilità dipende dal vento, che cambia costantemente. In pratica, molte valutazioni accreditano ai ponti offshore aperti una ventilazione con buona disponibilità solo dove la geometria è realmente aperta. I moduli chiusi dipendono dall'HVAC, quindi la loro disponibilità è pari a quella dei ventilatori, delle serrande e dell'alimentazione elettrica.

Gradienti di ventilazione

I ponti reali non hanno mai una ventilazione uniforme. La direzione del vento, l'ingombro delle apparecchiature, la lamiera del ponte, i pipe rack e le pareti frangivento creano tutti dei gradienti. Un lato di un modulo può essere ben lavato mentre il lato sottovento si trova in una sacca di ricircolo. Disegnare una zona come un involucro simmetrico attorno a una sorgente ignora tutto ciò. Gli ispettori dovrebbero osservare dove si muove effettivamente l'aria, utilizzando test del fumo, letture dell'anemometro o risultati CFD dove esistenti, invece di fidarsi della vista in pianta.

Anche la densità del gas è importante, in particolare negli spazi chiusi e sotto tettoie piene e intradossi dei ponti. I vapori più pesanti provenienti da condensati o flussi ricchi di LPG si depositano in basso, nelle trincee e sotto i telai degli skid. La forma corretta della zona segue la galleggiabilità dell'emissione, non una sfera o un cilindro standard.

Estensione: geometria e giudizio

Gli standard e i codici forniscono indicazioni sull'estensione, ma l'ingombro offshore spesso rende inutili le distanze generiche. Il confine è stabilito dalle ostruzioni tanto quanto dalla distanza. Ponti pieni, paratie e pareti in lamiera fermano o reindirizzano una nube. Una zona termina comunemente in corrispondenza di una barriera solida, ma può propagarsi attraverso aperture, porte e condotti nelle aree adiacenti.

Selezione del gruppo di gas e della classe di temperatura

Gruppo di gas

Il gruppo di gas è stabilito dalla sostanza più onerosa che può essere presente, in base alla sua energia di accensione e alle caratteristiche dell'interstizio sperimentale massimo di sicurezza.

Le apparecchiature marcate IIC coprono le applicazioni IIC, IIB e IIA, ma non il viceversa. Per la classificazione IEC 60079-20-1, utilizzare la composizione effettiva nelle condizioni di processo peggiori, non l'analisi nominale del gas. Un flusso acido o un off-gas contenente idrogeno può spingere il gruppo richiesto al di sopra dell'ipotesi generale sugli idrocarburi.

Classe di temperatura

La classe di temperatura limita la temperatura superficiale massima delle apparecchiature in modo che rimanga al di sotto della temperatura di autoaccensione del gas.

Per i sistemi a idrocarburi, scegliere la classe in base alla temperatura di autoaccensione più bassa tra i fluidi di emissione credibili, comprese le frazioni di condensato più pesanti e gli eventuali additivi. Non basarsi solo sul componente dominante. Le superfici di processo calde come scarichi, scambiatori di calore e linee riscaldate sono sorgenti di accensione a pieno titolo e devono essere valutate rispetto allo stesso valore di autoaccensione.

Scenario illustrativo: un modulo di compressione dopo una modifica

Questo scenario è costruito a scopo illustrativo e non descrive un'installazione reale.

Un modulo di compressione del gas è stato classificato come Zone 2 intorno ai giunti flangiati e agli sfiati delle tenute, sulla base di una ventilazione naturale a lati aperti. Successivamente, sono state erette pareti frangivento sul lato esposto alle intemperie ed è stato aggiunto un soppalco in lamiera su parte del treno compressori. Il disegno di classificazione non è mai stato revisionato.

Un ispettore che percorre il modulo rileva che:

1. Le cassette di giunzione sotto il soppalco sono Ex e, adatte per Zone 2 ma senza prove di una valutazione per Zone 1.
2. L'intradosso del soppalco forma una sacca dove può accumularsi gas più leggero dell'aria proveniente da uno sfiato della tenuta.
3. Il fumo rilasciato allo sfiato della tenuta ristagna sotto la piastra invece di disperdersi.

La risposta corretta non è semplicemente rietichettare l'area. L'ingegnere di sicurezza funzionale verifica il grado della sorgente di emissione (lo sfiato della tenuta è davvero solo un'emissione secondaria?), rivaluta il grado di ventilazione nella sacca e decide se la zona vicino all'intradosso diventa Zone 1. Le opzioni includono il ripristino dell'apertura, l'aggiunta di ventilazione locale, il riposizionamento delle cassette di giunzione o l'adeguamento delle apparecchiature alla zona ora assegnata. Il disegno di classificazione e il registro delle apparecchiature vengono quindi revisionati e l'installazione interessata viene ispezionata nuovamente.

Checklist per ispettori e ingegneri di sicurezza funzionale

• Confermare che la revisione del disegno di classificazione corrisponda al ponte nello stato attuale: pareti, lamiere, tettoie, skid e sistemi di ventilazione.
• Controllare ogni modifica dall'ultimo studio per il suo effetto sul flusso d'aria e sulle sorgenti di emissione.
• Verificare le sorgenti di emissione rispetto ai P&IDs as-built, inclusi sfiati, drenaggi, punti di campionamento e chiusure.
• Ove praticabile, testare il comportamento della ventilazione in campo con fumo o osservazione del flusso d'aria nelle zone morte, nei soppalchi e nei lati sottovento.
• Rivedere gli scenari di perdita di ventilazione per gli spazi chiusi e confermare che le ipotesi sulla zona siano valide per quel caso.
• Controllare la densità: gas più leggeri sotto gli intradossi, vapori più pesanti in pozzetti, trincee e involucri bassi.
• Confermare che il gruppo gas assegnato copra il fluido nel caso peggiore, incluse le sorgenti di idrogeno e i flussi acidi.
• Confermare che la classe di temperatura si basi sulla minima temperatura di autoaccensione credibile e che le superfici calde siano state valutate.
• Confrontare la marcatura di ogni elemento (gruppo, classe di temperatura, livello di protezione dell'apparecchiatura) con la zona nel registro.
• Registrare ogni discrepanza come deviazione, con un responsabile, una misura provvisoria e una data per la riclassificazione.

Sicurezza durante l'ispezione

L'ispezione vicino a sorgenti di idrocarburi avviene nell'ambito del sistema dei permessi di lavoro dell'installazione. Se un'ispezione richiede l'apertura, la depressurizzazione o il lavoro su apparecchiature contenenti idrocarburi, assicurarsi che l'isolamento, la depressurizzazione, la verifica dell'energia zero, il lockout/tagout e le precauzioni per l'area classificata siano in atto prima dell'inizio dei lavori. Utilizzare rilevatori di gas portatili calibrati e sfiatare in sicurezza in un luogo designato. Non aprire gli involucri di apparecchiature Ex sotto tensione in un'area classificata a meno che il permesso e la certificazione dell'apparecchiatura non lo consentano.

Conclusione e prossimi passi

Le estensioni delle zone offshore derivano dal grado di emissione, dal grado di ventilazione, dalla disponibilità e dall'effettivo modello di flusso d'aria. Il gruppo gas e la classe di temperatura seguono quindi dal fluido nel caso peggiore. Un disegno di classificazione è valido solo quanto la sua ultima revisione.

Prossimi passi pratici:

1. Recuperare i disegni di classificazione correnti e confrontarli con il ponte nello stato attuale, iniziando dai moduli che hanno subito modifiche a pareti, lamiere o ventilazione.
2. Dare priorità alle aree chiuse e parzialmente chiuse, dove i gradienti di ventilazione e gli scenari di perdita di ventilazione cambiano più spesso la zona.
3. Riconciliare la marcatura di ogni elemento con la zona, il gruppo gas e la classe di temperatura assegnati.
4. Alimentare la gestione del cambiamento in modo che qualsiasi modifica strutturale o della ventilazione inneschi una revisione della classificazione prima della sua chiusura.